SiC 等离子切割技术
与传统切割技术的对比
1.机械切割（金刚石线锯）
◦优点：成本低、设备简单。
◦缺点：材料损耗高（>45%）、表面粗糙度大（Ra>3.4 μm）、易产生裂纹。
2.激光切割（隐切/全切）
◦优点：速度快、非接触。
◦缺点：热损伤风险、切割道宽度较大（影响晶圆利用率）。
3.等离子切割（ICP）
◦综合优势：材料损耗极低（<10%）、无机械应力损伤、可切割超薄晶圆（<50 μm）、表面粗糙度低（Ra<1.5 nm）。
工艺概述
等离子切割是一种非接触式的干法刻蚀技术，通过将气体（如SF₆、Cl₂、Ar等）等离子化，生成高能离子和自由基，与SiC材料发生物理和化学反应，从而实现材料的精准去除。该技术尤其适用于高硬度、高脆性的材料（如SiC），能够显著降低机械损伤和材料损耗。
ICP在SiC等离子切割中的核心作用
1.高密度等离子体生成ICP通过感应线圈产生高密度等离子体，其特点是等离子体密度高、能量分布均匀。这种特性使得ICP在SiC切割中能够实现高速刻蚀。
3.各向异性刻蚀控制ICP工艺可通过调节射频功率、气体流量和反应室压力等参数，精确控制刻蚀方向，减少横向刻蚀，从而形成垂直的切割侧壁。这对高深宽比结构的切割至关重要。
5.低损伤与高表面质量相较于机械切割或激光切割，ICP等离子切割的热影响区极小，几乎无裂纹和崩边现象。例如，实验数据显示SiC表面均方根粗糙度可低至1.2 nm。
工艺参数优化与技术
1.气体选择与混合比
◦Cl₂+Ar混合气体是常用组合，Cl₂提供化学刻蚀活性，Ar通过物理轰击增强材料去除效率。
◦SF₆等其他气体也可用于特定场景，需根据切割深度和表面质量要求调整。
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2.射频功率与压力控制
◦高射频功率（如ICP功率500 -2000 W）可提升等离子体密度和刻蚀速率，但需平衡热损伤风险。
◦低反应室压力（如<10 mTorr）有助于提高各向异性，但可能降低刻蚀均匀性。
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3.掩膜与图形化技术在切割前需通过光刻工艺定义切割道，使用抗蚀剂或硬掩膜
（如SiO₂）保护非切割区域，确保切割精度。